CN100575920C - 土壤渗透仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测定土壤渗透性的装置。本发明所述的土壤渗透仪，包括土试样环(1)、加荷活塞(2)、底座(3)，其特征在于：加荷活塞(2)含有排气通道，放在土试样环内可上下滑动；底座(3)两侧分别有进气和排气通道；加荷活塞(2)的排气通道与底座(3)的进气口分别通过高压塑料管(9)与各自对应的GDS压力控制器(5)相连。本发明所述的土壤渗透仪可以在渗透试验过程中改变土试样所承受的竖向荷载，采用GDS压力控制器实现流体压力和体积的控制与测量，以获得土壤在不同孔隙比和应力条件下的渗透性。

Description

土壤渗透仪

技术领域

本发明涉及一种在岩土工程试验研究领域，用于测定土壤渗透性的装置。

背景技术

在岩土工程测试及应用中，有较多场合需要一种试验装置用来测定空气在土壤中的渗透性。例如，在压气沉箱和气压平衡式盾构等施工中，常常需要使用高压空气在土体开挖面维持一定的气压来平衡外部的水土压力，以获得良好的挖土施工环境，这就需要事先通过室内试验获取开挖土体的气体渗透性参数，据以确定现场施工中施加和维持空气压力的工艺参数。因为被测土壤的类型多为饱和粘土或粉质粘土，并且气体在不同土层中的渗透速度较慢、差异较大。因此，在渗透性测试过程中所使用的装置，必须能够研究水渗透性和气体渗透性之间的内在联系，并且具备很高的量测精度，以满足室内试验测试和现场工程施工要求。

目前与本发明最接近的土壤渗透仪具如图1所示，其土试样的上端为自由排水条件，不能维持一定的气压而模拟工程中的实际排气条件，因此仅能够用于测定水在土壤中的渗透性，不能用于气体在土壤中的渗透试验，故也不可能用以研究水渗透性和气体渗透性之间的内在联系，在量测功能和精度要求方面，均不能达到压气施工工艺(压气沉箱、气压平衡式盾构等施工)的要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有土壤渗透仪存在的上述问题而提供一种既能测定水渗透性又能测定气体渗透性的土壤渗透仪。

本发明的新型土壤渗透性测定装置是这样实现的：

一种土壤渗透仪，包括土试样环1、加荷活塞2、底座3，所述土试样环1与加荷活塞2之间密封，其特征在于：土试样环1与底座3之间使用锁紧螺栓4连接，加荷活塞2含有排气通道，放在土试样环内，可上下滑动；底座3两侧分别有进气和排气通道；加荷活塞2的排气通道与底座3的进气口分别通过高压塑料管9与各自对应的GDS压力控制器5相连。

本发明所述的土壤气体渗透仪，土试样环1与标准固结和渗透试验所需土试样直径相同，便于利用标准制备土试样的工具，内径为61.8mm。

本发明所述的土壤渗透仪，加荷活塞2与土试样环1之间密封，加荷活塞2下部外侧面有两道环状凹槽，槽内放置“O”形密封圈，可确保试验工程中在土试样上端维持一定的气压或水压。在加荷活塞2下表面有适量同心环状凹槽，下面铺多孔透水石7，确保气体或水在通过土试样后能够在上表面处均匀逃逸。

本发明所述的土壤渗透仪，底座上表面中心处有适量同心环状凹槽，外侧置一道“O”形密封圈6，上面铺多孔透水石，确保气压或水压能够均匀施加于试样下表面。

本发明所述的土壤渗透仪，渗透压力室的进气口和排气口分别通过高压塑料管9与各自对应的GDS压力控制器5相连，可以在土试样上面形成所需的压力而模拟工程中的实际排气条件，从而实现土壤中气体的渗透性试验。采用GDS气体(水)压力控制器可以在渗透试验过程中改变土试样所承受的竖向荷载，实现流体压力和体积的控制与测量，以获得土壤在不同孔隙比和应力条件下的渗透性。GDS气(水)压控制器5气压精度优选为0.1kPa，气体体积精度为1.0mm³，并实现试验数据的自动采集。

本发明的有益效果：本发明所述的土壤渗透仪既能测定土壤中的水渗透性又能测定土壤中的气体渗透性。其结合了固结试验和渗透试验的特点，可以在渗透试验过程中改变土试样所承受的竖向荷载，采用GDS气体(水)压力控制器实现流体压力和体积的控制与测量，以获得土壤在不同孔隙比和应力条件下的渗透性(如图3所示)，此外还通过气体渗透量与渗透压力关系曲线，得到了气体渗透性随渗流历程而出现的回滞特征(如图4所示)。

附图说明

图1为现有技术中土壤渗透仪的示意图。

图2为本发明所述的土壤渗透仪的示意图。

图3为使用本发明所述的土壤渗透仪进行试验所得渗透系数与固结压力的关系曲线。

图4为使用本发明所述的土壤渗透仪进行试验所得气体渗透流量-渗透压力关系曲线。

具体实施方式

如图2所示，本发明所述的土壤渗透仪，包括土试样环1，加荷活塞2，底座3，GDS气(水)压力控制器5。加荷活塞2可在试样环1内上下移动，为保证它们之间密封良好，在加荷活塞2下部外侧面有两道环状凹槽，槽内放置“O”形密封圈6，在加荷活塞和底座上也设有“O”形密封圈6。加荷活塞2下表面有适量同心环状凹槽，下方还设有多孔透水石7。底座上表面中心处也有适量同心环状凹槽，外侧置一道“O”形密封圈6，上面铺多孔透水石，确保气压能够均匀施加于试样下表面。土试样环1与底座3之间使用锁紧螺栓4连接。加荷活塞2和底座3的进(排)气口与GDS气(水)压力控制器5之间用高压塑料管9连接。

进行气体渗透试验时，将制备好的土试样8和多孔透水石7依次从下部推入土试样环1，再将另一块多孔透水石7从试样环1上部置入，在确保土试样8和透水石7均准确进入土试样环1后，将试样环1安置在上表面置有“O”形密封圈6的底座3之上，并用锁紧螺栓将两者连接牢固，之后将箍有“O”形密封圈6的加荷活塞2从土试样环1上部放入，然后将整个渗透压力室安装就位于压力架上，通过加荷活塞2分级施加竖向荷载，待土试样在每一级荷载作用下的压缩变形稳定后，使用高压塑料管9将渗透压力室的进气口和排气口与GDS压力控制器5相连，通过控制进气压和出气压力在土试样上、下两端形成压力梯度进行气体渗透试验，同时自动采集气体压力和流量数据，如此依次进行不同竖向压力下土试样的气体渗透试验。试验所得渗透系数与固结压力的关系曲线如图3所示，试验所得气体渗透流量-渗透压力关系曲线如图4所示，可见本发明所述的土壤渗透仪不仅可用于土壤中气体的渗透性试验，而目测量精度很高，满足室内试验测试和现场工程施工要求。

Claims (5)

1、一种土壤渗透仪，包括土试样环(1)、加荷活塞(2)、底座(3)，所述土试样环(1)与加荷活塞(2)之间密封，其特征在于：所述土试样环(1)与所述底座(3)之间使用锁紧螺栓(4)连接，加荷活塞(2)含有排气通道，放在土试样环(1)内，可上下滑动；底座(3)两侧分别有进气和排气通道；加荷活塞(2)的排气通道与底座(3)的进气口分别通过高压塑料管(9)与各自对应的GDS压力控制器(5)相连。

2、如权利要求1所述的土壤渗透仪，其特征在于在加荷活塞(2)下表面有适量同心环状凹槽，下面铺多孔透水石(7)。

3、如权利要求1所述的土壤渗透仪，其特征在于GDS压力控制器(5)气压精度为0.1kPa，气体体积精度为1.0mm³。

4、如权利要求1所述的土壤渗透仪，其特征在于加荷活塞(2)下部外侧面有两道环状凹槽，槽内放置“O”形密封圈。

5、如权利要求1所述的土壤渗透仪，其特征在于土试样环(1)与标准固结和渗透试验所需土试样直径相同。

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